分布式数字化农业园区环境感知系统的制作方法

1.本发明涉及一种分布式数字化农业园区环境感知系统。


背景技术：

2.随着科技的不断发展和进步，数字化园区的概念以及相关技术设备、技术系统也逐渐出现，为传统种植在种植效率、种植管控等诸多方面都带来了很大的提升。然而，目前的农业园区管理系统在智能化程度、人机交互管理、数据获取和分析、对农作物的监测检测等方面依然存在较大的不足之处，无法很好的满足实际需求。农业园区环境参数的实时监测和记录的应用成为了必需的要求。物联网技术将传感设备基于无线或有线载体与互联网连接，实现对监测对象的智能化监测、辨识、控制等功能。随着物联网技术特别是wifi技术的飞速发展，其在数字化农业园区环境参数的实时监测已成为了研究热点。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出了一种具有低功耗、拓扑扩展灵活的分布式数字化农业园区环境感知系统，通过对农业园区环境包括温湿度、气压、风速风向、pm10、pm2.5、光照度、二氧化碳、tvoc、二氧化硫、氧气以及土壤墒情包括温湿度、ph、电导率、氮磷钾含量等参数的监测，实现对农作物种植提供检测及指导的功能。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种分布式数字化农业园区环境感知系统，所述分布式数字化农业园区环境感知系统包括本地数据采样层、信息传输中继层和云平台管理监测层，所述本地数据采样层和信息传输中继层连接，所述信息传输中继层和云平台管理监测层连接，所述本地数据采样层由用于采集环境的温湿度、气压、风速风向、pm2.5、光照度、二氧化碳、tvoc、二氧化硫、氧气的环境采集节点以及用于采集土壤的温湿度、ph、电导率、氮磷钾含量的土壤墒情采集节点组成，所述信息传输中继层由物联中继网关组成，所述云平台管理监测层由云服务器、云数据库与前端网页窗口组成。
6.进一步，所述数字园区环境采集节点包含微处理器、wifi无线通信模块、环境温湿度、气压、风速风向、pm2.5、光照度、二氧化碳、tvoc、二氧化硫、氧气传感器和串口信息配置单元，所述数字园区环境的温湿度、气压、风速风向、pm2.5、光照度、二氧化碳、tvoc、二氧化硫、氧气采集节点的微处理器分别与所述wifi无线通信模块、所述环境的温湿度、气压、风速风向、pm2.5、光照度、二氧化碳、tvoc、二氧化硫、氧气传感器、所述串口信息配置单元连接。
7.再进一步，所述数字园区土壤墒情采集节点包含微处理器、wifi无线通信单元、土壤温湿度、ph、电导率、氮磷钾含量传感器和串口信息配置单元，所述数字园区土壤墒情的温湿度、ph、电导率、氮磷钾含量采集节点的微处理器分别与所述wifi无线通信单元、所述土壤墒情的温湿度、ph、电导率、氮磷钾含量传感器、所述串口信息配置单元连接。
8.所述物联网中继网关包含路由器、wifi通讯单元，所述物联网中继网关的路由器
分别与所述wifi通讯单元连接。
9.所述云平台管理监测层中，所述云服务器用以与所述物联中继网关进行通讯，存储监测数据到所述云服务器，所述前端网页窗口可以通过网页实时远程显示当前时刻数字化农业园区的监测数据，并查询统计其对应的历史数据。
10.进一步，所述物联中继网关与所述环境采集节点、所述土壤墒情采集节点通过wifi无线通信模块无线连接，实现一主对多从的双向无线通信，所述物联中继网关作为通讯端的主机采用发起数据采集轮询命令，所述环境采集节点、所述土壤墒情采集节点作为通讯端的从机响应主机报文，实现双向可靠通讯。
11.更进一步，所述物联中继网关作为客户端，通过所述wifi无线通信模块与所述云端后台服务器连接，并采用http协议实时向所述云端后台服务器发送传感数据报文，历史数据存储在所述云端数据库，所述网页展示端通过web端将传感数据实时显示。
12.再进一步，所述环境采集节点、所述土壤墒情采集节点采用时间片轮询方式完成农作物生长环境的监测；所述物联网中继网关通过串口接收所述农作物环境监控的状态数据后，数据将以http post方式直接提交云服务器后台。
13.优选的，所述物联网中继网关的数据上报时间默认为15分钟，并可以通过所述网页展示端选择查看不同时段的数据；所述的物联网中继网关在接收到农作物生长环境数据及土壤墒情数据后，经过数据组包后通过http协议发送至所述云服务器后台；所述网页展示端将用户操作数据通过http协议发送至所述物联网中继网关，所述wifi无线通信模块完成数据解析后更新所述环境采集节点、所述土壤墒情采集节点的传感信息。
14.优选的，所述环境采集节点、所述土壤墒情采集节点采用wifi无线通信传输，传输数据采用循环冗余校验方式进行校验，并采用三次失效重传方式，保证数据传输准确可靠。
15.本发明的有益效果表现在：
16.1)采用wifi无线通信技术构建数字化农业园区环境及土壤墒情监测，其具有运行功耗低、拓扑扩展灵活、传感节点布置快捷、节点监测数据全面的特点。
17.2)采用分布式架构构建边缘侧单元，传感监测数据在边缘侧进行采集、计算、处理、分析，有效降低了通讯信道流量，减轻了云端负载，大大提升了系统可接入节点的数量。
附图说明
18.图1是分布式数字化农业园区环境感知系统的整体结构示意图。
19.图2本地数据采样层采集节点的运行流程示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步描述。
21.参考图1～图2，一种分布式数字化农业园区环境感知系统，包括本地数据采样层1、信息传输中继层2和云平台管理监测层3，所述本地采样层1和信息传输中继层2连接，所述信息传输中继层2和云平台管理监测层3连接，所述本地采样层由环境采集节点1-1和土壤墒情采集节点1-2组成，所述信息传输中继层2由路由器2-1和wifi无线通信模块2-2组成，所述云平台管理监控层3由云服务器3-1、云数据库3-2和前端网页窗口3-3组成。
22.所述环境采集节点1-1包含微处理器1-1-1、wifi无线通信模块1-1-2、环境采集传
感器1-1-3和串口信息配置单元1-1-4，所述环境采集节点的微处理器1-1-1分别与所述wifi无线通信模块1-1-2、环境采集传感器1-1-3和串口信息配置单元1-1-4连接。
23.所述土壤墒情采集节点1-2包含微处理器1-2-1、wifi无线通信模块1-2-2、土壤墒情采集传感器1-2-3和串口信息配置单元1-2-4，所述土壤墒情采集节点的微处理器1-2-1分别与所述wifi无线通信模块1-2-2、土壤墒情采集传感器1-2-3和串口信息配置单元1-2-4连接。
24.所述物联中继网关2包含微处理器2-1、wifi无线通信模块2-2、和串口信息配置单元2-3，所述物联中继网关的微处理器2-1分别与所述wifi无线通信模块2-2、以及所述串口信息配置单元2-3连接。
25.所述云平台管理监测层3中，所述云服务器3-1用以与所述物联中继网关2进行通讯，存储监测数据到所述云服务器3-2，所述前端网页窗口3-3可以通过网页实时远程显示当前时刻数字农业园区的监测数据，并查询统计其对应的历史数据。
26.进一步，所述物联中继网关2与所述环境采集节点1-1、所述土壤墒情采集节点1-2通过wifi无线通信模块2-2无线连接，实现一主对多从的双向无线通信，所述物联中继网关2作为通讯端的主机采用发起数据采集轮询命令，所述环境采集节点1-1、所述土壤墒情采集节点1-2作为通讯端的从机响应主机报文，实现双向可靠通讯。
27.更进一步，所述物联中继网关2作为客户端，通过所述wifi无线通信模块2-2与所述云端后台服务器3-1连接，并采用http协议实时向所述云端后台服务器3-1发送传感数据报文，历史数据存储在所述云端数据库3-2，所述网页展示端3-3通过web端将传感数据实时显示。
28.再进一步，所述环境采集节点1-1、所述土壤墒情采集节点1-2采用时间片轮询方式完成农作物生长环境的监测；所述物联网中继网关2通过串口接收所述农作物环境监控的状态数据后，数据将以http post方式直接提交云服务器后台。
29.优选的，所述物联网中继网关2的数据上报时间默认为15分钟，并可以通过述所网页展示端3-3选择查看不同时段的数据；所述的物联网中继网关2在接收到农作物生长环境数据1-1及土壤数据1-2后，经过数据组包后通过http协议发送至所述云服务器后台；所述网页展示端3-3将用户操作数据通过http协议发送至所述物联网中继网关2，所述wifi无线通信模块2-2完成数据解析后更新所述环境采集节点1-1、所述土壤墒情采集节点1-2的传感信息。
30.优选的，所述环境采集节点1-1、所述土壤墒情采集节点1-2采用wifi无线通信传输，传输数据采用循环冗余校验方式进行校验，并采用三次失效重传方式，保证数据传输准确可靠。
31.下面将描述分布式数字化农业园区环境感知系统的运行流程：环境采集节点1-1、土壤墒情采集节点1-2的运行流程为：1)上电初始化；2)读取传感器节点信息，具体包括传感器类型、wifi接入配置，子网id以及唯一标识符；3)http服务器连接；4)时间片轮询采集传感器信息；5)判断是否到达设定阈值，若到达设定阈值则将传感器数据打包成json格式，发送至http服务器，若未到达设定阈值则进行时间片轮询采集传感器信息。
32.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范
围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。